離子電極法快速測(cè)定榨菜中硝酸鹽含量

孫鐘雷，許 藝，李 宇*，趙李玉（長(zhǎng)江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶 408100）

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離子電極法快速測(cè)定榨菜中硝酸鹽含量

孫鐘雷，許 藝，李 宇*，趙李玉
（長(zhǎng)江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶 408100）

建立一種采用離子電極快速測(cè)定榨菜中硝酸鹽含量的方法。首先組建由硝酸根離子選擇電極、參比電極、離子計(jì)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的測(cè)試儀器，然后分析溫度、離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑及干擾離子對(duì)測(cè)試的影響，并建立標(biāo)準(zhǔn)曲線和校準(zhǔn)方程，最后采用離子電極法測(cè)定榨菜成品液和榨菜脫鹽液中的硝酸鹽含量，并與紫外分光光度法進(jìn)行比較。結(jié)果表明：溫度、離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑及干擾離子對(duì)榨菜中硝酸鹽含量的測(cè)試影響較??；離子電極法測(cè)定結(jié)果與紫外分光光度法測(cè)定結(jié)果的總體平均相對(duì)誤差為4.247%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.0%，且t檢驗(yàn)的顯著性水平大于0.05，2 種方法測(cè)試結(jié)果無(wú)明顯差異，并且離子電極法測(cè)試時(shí)間小于15 s。本方法可代替紫外分光光度法作為榨菜中硝酸鹽含量的快速測(cè)定方法。

榨菜；硝酸鹽；離子電極法；快速檢測(cè)

榨菜是消費(fèi)者十分喜愛(ài)的一種醬腌菜，需要經(jīng)過(guò)多次腌制、壓榨、脫鹽、脫水、調(diào)配而制成［1-2］。榨菜在加工和存儲(chǔ)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硝酸鹽和亞硝酸鹽，并且它們的含量會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)的變化［3-6］。眾所周知，硝酸鹽和亞硝酸鹽會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害［7-9］，亞硝酸鹽在人體內(nèi)積累過(guò)多，會(huì)造成血液缺氧中毒，產(chǎn)生高鐵血紅蛋白血癥等，甚至引發(fā)人體消化系統(tǒng)的癌變。因此，建立準(zhǔn)確、快速的檢測(cè)方法，對(duì)發(fā)展綠色、安全的榨菜產(chǎn)品和提高人民的生活質(zhì)量與健康水平有著重要的意義。目前，榨菜中硝酸鹽的測(cè)定方法主要有紫外分光光度法、原子吸收法、色譜法等［10-16］。紫外分光光度法是最經(jīng)典、最常用的檢測(cè)方法，它具有結(jié)果準(zhǔn)確、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但是測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，操作繁瑣，在測(cè)定色素較多的樣品時(shí)容易產(chǎn)生誤差；原子吸收法所用儀器較為昂貴，檢測(cè)成本較高；色譜法雖然測(cè)試準(zhǔn)確，但是測(cè)定速度較慢，儀器昂貴。

離子電極法測(cè)定蔬菜中硝酸鹽含量是硝酸鹽分析方法的重要發(fā)展。離子電極法具有測(cè)試速度快，操作簡(jiǎn)單，不受顏色干擾等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于離子電極法測(cè)定硝酸鹽的研究主要集中在蔬菜、肉品、水環(huán)境等方面［17-21］。姚建武等［22］采用硝酸根電極測(cè)量了硝酸鹽在蔬菜中的含量；張紹成等［23］對(duì)植物體中硝態(tài)氮進(jìn)行研究，并使用國(guó)產(chǎn)的硝酸根離子選擇性電極對(duì)菠菜和小麥葉子浸提液中硝態(tài)氮進(jìn)行了測(cè)定；郭亞力［24］采用硝酸根離子電極測(cè)定肉類食物中的硝酸鹽及亞硝酸鹽；華秀等［25］采用硝酸根離子選擇性電極測(cè)定環(huán)境水樣中的硝酸鹽氮或氮氧化物。

本實(shí)驗(yàn)在榨菜中離子成分研究的基礎(chǔ)上，分析溫度、離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑、干擾離子對(duì)離子電極法的影響，采用硝酸根離子選擇性電極測(cè)試榨菜樣品中的硝酸鹽含量，擬建立一種可以快速、準(zhǔn)確測(cè)定榨菜中硝酸鹽含量的方法。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

3 種方便包裝榨菜絲（烏江榨菜、太極榨菜、辣妹子榨菜）、5 種高鹽成熟腌制的青菜頭 市購(gòu)。

硝酸鈉、乙酸鋅、硼砂、活性炭、氯化鈉 成都市科龍化工試劑廠；磷酸二氫鈉、亞鐵氰化鉀 重慶無(wú)機(jī)化學(xué)試劑廠；以上試劑均為分析純。

硝酸根離子選擇性電極 上海越磁電子科技有限公司；217-01型Ag/AgCl參比電極 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；FE20型離子計(jì) 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；U-1800型紫外分光光度計(jì) 日本日立公司；HH-6恒溫水浴鍋 江蘇榮華儀器制造有限公司；ZSD-1090全自動(dòng)新型生化培養(yǎng)箱 上海智城分析儀器制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 榨菜樣品處理

方便包裝榨菜絲的處理：稱取約200 g成品榨菜，用組織搗碎機(jī)搗碎，置于密閉的玻璃容器內(nèi)，從中稱取約10 g試樣，精確至0.001 g，于250 mL錐形瓶中，加入100 mL 70 ℃熱水，振搖15 min后移至200 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，用濾紙過(guò)濾，棄去初濾液，得到榨菜成品處理液。

高鹽腌制青菜頭的處理：取高鹽成熟腌制的青菜頭用小刀去皮，剔除角質(zhì)部分，切成5 mm×5 mm×40 mm的條狀。稱取修正切絲的榨菜條100 g，以料水比為1∶4（g/g）加入蒸餾水，在26 ℃的恒溫水浴中放置15 min，再用濾紙過(guò)濾，最后得到榨菜脫鹽液。

1.2.2 離子電極法

首先，將硝酸根離子選擇電極和參比電極連接在離子計(jì)上，并將數(shù)據(jù)接口與計(jì)算機(jī)相連接；接通電源，設(shè)置電位測(cè)量模式、溫度補(bǔ)償系數(shù)等，使整個(gè)儀器達(dá)到穩(wěn)定的測(cè)試狀態(tài)。然后，進(jìn)行硝酸根離子濃度測(cè)定操作。先用蒸餾水洗滌離子電極和參比電極2～3 次，再用待測(cè)液潤(rùn)洗2～3 次，取50 mL待測(cè)液于燒杯中，把離子電極和參比電極置于待測(cè)液中等待約5 s，使用安裝在計(jì)算機(jī)上的軟件保存測(cè)試的電極電位數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理分析。根據(jù)榨菜中硝酸根離子的濃度范圍，配制一系列的硝酸鈉的標(biāo)準(zhǔn)溶液，使用離子電極法對(duì)這一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)試，繪制電極電位值（mV）和硝酸根離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值（-lgC）標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，并建立校準(zhǔn)方程，使用該方程對(duì)榨菜樣品進(jìn)行硝酸根離子濃度的預(yù)測(cè)。

1.2.3 紫外分光光度法

紫外分光光度法是最經(jīng)典、最常用的硝酸鹽測(cè)定方法，是目前榨菜生產(chǎn)企業(yè)測(cè)試榨菜中硝酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)方法［8］。本實(shí)驗(yàn)采用該方法主要用于驗(yàn)證、對(duì)比離子電極法。紫外分光校準(zhǔn)方程光度法首先要建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后再進(jìn)行實(shí)際樣品的測(cè)定。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立：用移液管取0.1 mol/L硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液0、2、4、6、8、10 mL，分別加入6 個(gè)100 mL容量瓶中，定容后于波長(zhǎng)220 nm處測(cè)其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并得到校準(zhǔn)方程。本實(shí)驗(yàn)得到的紫外分光光度法校準(zhǔn)方程為y=0.060 5x+0.006 1。

樣品的測(cè)定：準(zhǔn)確量取10 mL榨菜樣品處理液，放入200 mL燒杯中，加入5 mL的飽和硼砂溶液以及50 mL的熱蒸餾水（70～80 ℃），置于沸水浴中加熱15 min，并不斷振動(dòng)。取出后冷卻至室溫，再加入10 mL的0.25 mol/L亞鐵氰化鉀溶液，10 mL的1 mol/L乙酸鋅溶液，以及2 g活性炭粉，每次加入后都充分揺勻。轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶中，加蒸餾水定容。過(guò)濾得到無(wú)色清亮的提取液，用移液管吸取10 mL提取液于100 mL容量瓶中，定容，于波長(zhǎng)220 nm處測(cè)定吸光度。根據(jù)校準(zhǔn)方程得到榨菜樣品中的硝酸鹽含量。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試3 次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差別顯著性檢驗(yàn)等。

2 結(jié)果與分析

2.1 離子電極法影響因素分析

2.1.1 溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的影響

按照1.2.2節(jié)離子電極法，在30 ℃條件下，用0.1 mol/L硝酸鈉溶液，配制10-2、8×10-3、6×10-3、4×10-3、2×10-3、10-3、8×10-4、6×10-4、4×10-4mol/L的硝酸根離子標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，獲取電極電位后繪制“mV-（-lgC）”標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

圖1 離子電極法測(cè)試硝酸根離子的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of nitrate ion detected by ion-selective electrode

從圖1可知，離子電極法校準(zhǔn)方程為y=47.921x+ 80.839，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 6，由此可知，硝酸根濃度的負(fù)對(duì)數(shù)與電極電位具有較高的相關(guān)性，即使用硝酸根離子電極測(cè)定榨菜中的硝酸鹽可行性很高。為考察溫度對(duì)離子電極法測(cè)試的影響，在15、18、21、24、27、30、33 ℃條件下，依次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，分別建立“mV-（-lgC）”的標(biāo)準(zhǔn)曲線，并獲取校準(zhǔn)方程相關(guān)系數(shù)，建立溫度與相關(guān)系數(shù)的關(guān)系圖，如圖2所示。在不同溫度條件下硝酸根離子標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)在0.995～1.000范圍內(nèi)，具有較高的相關(guān)性。隨著溫度的不斷升高，硝酸根離子標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)變化不大，并且觀察各溫度條件下，相關(guān)系數(shù)均大于0.995，說(shuō)明溫度變化對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)性影響不大，各溫度條件下的標(biāo)準(zhǔn)曲線仍具有準(zhǔn)確性。

圖2 溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的影響Fig.2 Effect of temperature on the standard curve

2.1.2 離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的影響

離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑是為了穩(wěn)定待測(cè)離子的活度系數(shù)而使用的一種試劑。在溫度15 ℃條件下，分別在硝酸根離子系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入少量磷酸二氫鈉粉末，按照1.2.2節(jié)進(jìn)行離子電極法測(cè)試，獲取校準(zhǔn)方程相關(guān)系數(shù)數(shù)據(jù)。并與未添加時(shí)作比較，分析離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的影響，如圖3所示。在溫度一定時(shí)，加入離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的硝酸根離子標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.999 3，未加離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的硝酸根離子標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.999 0，加入的比未加的略大些，但是兩者相關(guān)性均很好，校準(zhǔn)方程均具有很高的準(zhǔn)確性，說(shuō)明離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑對(duì)硝酸根離子標(biāo)準(zhǔn)曲線影響不大，在進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)可不加入離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑。

圖3 離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的影響Fig.3 Effect of ionic strength regulator on the standard curve

2.1.3 干擾離子對(duì)離子電極測(cè)試的影響

圖4 干擾離子對(duì)離子電極測(cè)試的影響Fig.4 Effect of interfering ions on the ion-selective electrode method

對(duì)于硝酸根離子選擇電極的測(cè)試干擾離子主要有氯離子、硼酸根離子、氰根離子等。通過(guò)對(duì)榨菜中離子成分的研究發(fā)現(xiàn)榨菜中硼酸根離子、氰根離子含量極少，不會(huì)對(duì)檢測(cè)產(chǎn)生干擾，因此只考慮氯離子的影響。根據(jù)榨菜處理液中氯離子的濃度范圍，用1 mol/L氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制10-1、10-2、10-3、10-4、10-5mol/L的氯離子溶液，作為不同濃度的干擾離子，分別加入到6×10-3mol/L硝酸鈉溶液中，再按照1.2.2節(jié)進(jìn)行離子電極法測(cè)試，獲取電極電位數(shù)據(jù)，并做空白對(duì)照組，如圖4所示。氯離子作為干擾離子對(duì)離子電極測(cè)試有一定的影響，但是隨著干擾離子濃度的變化，電極電位變化不大，而且沒(méi)有規(guī)律性。與空白對(duì)照組比較，干擾離子對(duì)離子電極測(cè)試影響不很明顯。

2.2 榨菜中硝酸鹽含量的測(cè)定

2.2.1 離子電極法測(cè)定結(jié)果

按照1.2.1節(jié)中的榨菜樣品處理方法將方便包裝榨菜絲和高鹽腌制青菜頭制成榨菜處理液，按照1.2.2節(jié)中離子電極法對(duì)榨菜處理液進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試溫度為30 ℃，未添加離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑，校準(zhǔn)方程為y=47.921x+80.839，相關(guān)性系數(shù)R2為0.999 3，如表1、2所示。對(duì)于單個(gè)榨菜處理液，離子電極法測(cè)試時(shí)間小于15 s。

表1 榨菜成品液的離子電極法測(cè)定結(jié)果Table 1 Nitratec on tents of pickled mustard tuberd etectedb y i on selective elec tro de

表2 榨菜 脫鹽液 離子電 極法測(cè)定結(jié) 果Table 2 Nitratec on centrati on s of desaltedsoluti on f rom pickled mu star d tub er d etected b y i on selec tive e lec tro de

2.2.2 紫外分光光度法測(cè)定結(jié)果

按照1.2.3節(jié)中的紫外分光光度法對(duì)榨菜成品液和榨菜脫鹽液進(jìn)行測(cè)定，如表3、4所示。

表3 榨菜成品液的紫外分光光度法測(cè)定結(jié)果Table 3 Nitratec on tents of pickled mustard tuberd etectedb y ultravioletspectroph otometry

表4 榨菜 脫鹽 液紫 外分 光光 度法 測(cè)定 結(jié)果Table4 Nitratec on centrati on s of desalt in gsoluti on pickled mustard tub erd etected by u ltravioletspectroph otometry

2.2.3 2 種測(cè)定方法的比較

將榨菜處理液的離子電極法測(cè)定結(jié)果與紫外分光光度法測(cè)定結(jié)果進(jìn)行差別檢驗(yàn)分析。選取榨菜成品液測(cè)試平均誤差、榨菜脫鹽液測(cè)試平均誤差、總體平均相對(duì)誤差、總體相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）和顯著性檢驗(yàn)值（t檢驗(yàn)）作為對(duì)比參數(shù)，如表5所示。

表5 2 種方法的比較結(jié)果Table5 Comparis on between thet wom ethods

由表5可知，離子電極法與紫外分光光度法測(cè)定結(jié)果之間的總體平均相對(duì)誤差為4.247%，總體RSD小于2.0%，且t檢驗(yàn)的顯著性水平大于0.05，2 種方法測(cè)試結(jié)果無(wú)明顯差異。離子電極法檢測(cè)硝酸鹽含量的范圍是0.000 05%～6.2%，紫外分光光度法的檢測(cè)范圍是0.000 1%～0.002%。比較結(jié)果表明可以使用離子電極法測(cè)定榨菜中的硝酸鹽含量，離子電極法可代替紫外分光光度法作為榨菜中硝酸鹽含量的快速測(cè)定方法。

3 結(jié) 論

通過(guò)分析測(cè)試溫度、離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑、干擾離子對(duì)硝酸鹽離子電極法的影響，結(jié)果表明溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)性影響較小，各溫度條件下的標(biāo)準(zhǔn)曲線仍具有準(zhǔn)確性；離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑對(duì)硝酸根離子標(biāo)準(zhǔn)曲線影響不大；氯離子對(duì)離子電極測(cè)試影響不明顯。

通過(guò)對(duì)離子電極法測(cè)定結(jié)果與紫外分光光度法測(cè)定結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，兩者的總體平均相對(duì)誤差為4.247%，總體RSD小于2.0%，且t檢驗(yàn)的顯著性水平大于0.05，2 種方法測(cè)試結(jié)果無(wú)明顯差異。并且離子電極法測(cè)試時(shí)間小于15 s。離子電極法可代替紫外分光光度法作為榨菜中硝酸鹽含量的快速測(cè)定方法。本實(shí)驗(yàn)研究的離子電極測(cè)定方法，操作簡(jiǎn)便、測(cè)試速度快、檢測(cè)準(zhǔn)確，可以用于榨菜中硝酸鹽含量的測(cè)定。

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Rapid Determination of Nitrate Content in Pickled Mustard Tuber by Ion-Selective Electrode Method

SUN Zhonglei， XU Yi， LI Yu*， ZHAO Liyu
（Institute of Life Science and Technology， Yangtze Normal University， Chongqing 408100， China）

An ion-selective electrode （ISE） method was developed for the rapid determination of nitrate in pickled mustard tuber.Firstly， a test instrument consisting of nitrate ion-selective electrodes， reference electrode， ion meter， and computer was assembled.Then the calibration curve was developed and the influence of temperature， ionic strength and interfering ions on the ISE method was analyzed.Lastly， the nitrate content in pickled mustard tuber was determined by the ISE method， and the data obtained were compared with those from conventional ultraviolet spectrophotometry.The results showed that the temperature change did not affect the calibration curve.Addition of ionic strength regulator and the presence of interfering ions had less influence on the standard curve.The average error between the ion-selective electrode method and ultraviolet spectrophotometry was 4.247%， and their relative standard deviations were less than 2.0%.There were no significant differences between the two methods by t-test.The ion-selective electrode method can be an alternative to ultraviolet spectrophotometry for the rapid determination of nitrate content in pickled mustard tuber within 15 seconds.

pickled mustard tuber； nitrate； ion-selective electrode method； rapid detection

10.7506/spkx1002-6630-201614033

TS207.3

A

1002-6630（2016）14-0184-05

孫鐘雷， 許藝， 李宇， 等.離子電極法快速測(cè)定榨菜中硝酸鹽含量［J］.食品科學(xué)， 2016， 37（14）: 184-188.DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201614033. http://www.spkx.net.cn

SUN Zhonglei， XU Yi， LI Yu， et al.Rapid determination of nitrate content in pickled mustard tuber by ion-selective electrode method［J］.Food Science， 2016， 37（14）: 184-188.（in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201614033. http://www.spkx.net.cn

2015-10-21

重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KJ1401203）；長(zhǎng)江師范學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目（2013XJZD001）；

榨菜種植與深加工創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（KJTD201322）

孫鐘雷（1979—），男，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称分悄軝z測(cè)與評(píng)價(jià)。E-mail：jlu.szl@163.com

*通信作者：李宇（1979—），女，講師，碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品深加工。E-mail：alley-125@163.com